調頻多工技術

隨著技術的發展與進步，調頻廣播不僅僅傳送單一的聲音節目，而可以傳送多套節目，也可以傳送數據，這就充分利用了頻率資源和技術設備。這些技術我們稱之為調頻多工技術（多節目廣播、SCA、RDS）。

基本介紹

• 中文名：調頻多工技術
• 技術手段：是採用頻譜搬遷的辦法
• 目的：為了SCA的傳輸可靠及相互兼容性
• 套用：最早是廣東人民廣播電台

實現調頻多節目廣播的技術手段

實現調頻多節目廣播的技術手段是採用頻譜搬遷的辦法，將要傳送的其它一些節目對處於超音頻的不同副載波調製，形成副信道，與處於原有的音頻範圍的主節目一起，構成調製基帶信號，再對超短波載波頻率調頻。接收機經過頻率解調後，恢復出與發射端相同的基帶信號，再經與發端相反的處理，通過揚聲器重放聽眾所希望的某一套節目。

調頻廣播在進行立體聲的同時，可傳送其它附加信息和數據。例如，美國最早套用的SCA（輔助業務通訊）信道，利用67千赫作為副載波，傳送窄帶的調頻聲音信號或數據信號，為特定用戶服務。我國有的電台利用SCA開辦兒童廣播節目或交通廣播、股市行情等服務性節目。

為了保證上述的多節目廣播、SCA的傳輸可靠性及相互兼容性，要採用相應的技術手段和措施。

伴隨調頻聲音廣播節目一起，也可以利用調頻廣播傳送數據信號，例如，歐洲開發的廣播數據系統（RDS），就是一種新型的數據廣播業務。利用RDS，可以傳送供在螢光屏或液晶顯示屏上顯示的文字或圖形，或供印表機列印的字元，或傳送計算機軟體、開關控制信息、接收機輔助調諧等信息。目前，RDS已在全世界得到普遍套用。RDS是選用57千赫為副載波，採用抑制副載波調幅（或稱2相相移鍵控）方式傳送信息，構成RDS信道，再與調頻立體聲廣播的主信道（占據0～15千赫）、副信道（占據23千赫～53千赫）、導頻（19千赫）構成帶有RDS的調頻立體聲廣播的調製基帶信號，再共同對高頻主載波調頻。RDS傳送信息的速率約為1．2千比特/每秒。

在我國的套用

我國最早使用RDS的是廣東人民廣播電台，用RDS開辦了廣播尋呼（RP）業務。美國於1993年1月，通過了與RDS兼容的RBDS標準（“B”指廣播），該標準還考慮了使未實施RDS的中波電台和調頻台有一定程度的RDS功能和與全球定位系統（GPS）的結合。印度則根據本國的特點，開發了SCA與RDS的廣播電文（RT）、廣播尋呼功能相結合的雙副載波制。日本於1993年5月通過了一個系統標準，定名為數據廣播信道（DARC）系統，它的突出優點是數據率高，可達16千比特/每秒，而且誤碼保誤能力強。

總之，調頻多工技術是一項很有發展前途的技術。套用這項技術，除了要求發射端增加少量的設備（通常稱為編碼器）外，要求接收端增加相應解碼器。

調頻多工技術的實現

單聲道音頻廣播在1961年以前是調幅、調頻和電視的標準，當時的調頻廣播還包含輔助通訊授權 (Subsidiary Communications Authorization，SCA) 服務，它會通過多路方式與主要聲道共同播送，提供背景音樂和其它服務給企業和商店。到了1961年，美國聯邦通訊委員會 (FCC) 核准播送立體聲道，這將信號多路的想法擴大到立體音頻的產生。立體多路信號的一項要求是兼容於眾多現有的調頻單聲道收音機，為了達成這個目標，多路信號 (MPX) 的0-15kHz基帶部份須同時包含左聲道 (L) 和右聲道 (R) 信息 (L+R)，讓單聲道收音機也能收聽立體廣播。除此之外，它還會利用 (L-R) 信息對23-53kHz基帶頻譜內的38kHz抑制副載波進行振幅調變，以便提供立體音效。多路信號還會包含一個19kHz的前導信號，協助調頻立體接收機檢測和解碼左聲道與右聲道信號。這種複合基帶信號格式既兼容於現有的調頻單聲道接收機，又提供足夠信息讓調頻立體接收機解碼產生左聲道和右聲道立體輸出。今天的MPX信號還包含一個57kHz副載波，它會攜帶RDS和RBDS信號 [6]。現代的MPX基帶信號頻譜如圖5所示。

圖5：MPX信號的基帶頻譜

前面的數學分析都假設信息信號m(t) 是單頻正弦信號，然而今日調頻廣播所用的信息信號卻是MPX信號，它的基帶頻譜與圖5很像。FCC規定立體聲傳輸的最大調變百分比為100% (75kHz的瞬間頻率偏移量相當於100%調變)，SCA多路副載波在某些情形下可達到110%調變 [5]。圖6是典型MPX信息信號里的各種信號發生調製電平損失 (modulation level breakdown) 的例子。

圖6:MPX頻譜的信號調變位準

圖6：MPX頻譜的信號調變位準

假設圖6里各個信號之間沒有任何關聯性，那么MPX信號的調變位準就等於所有次通道位準的算術和，這相當於102.67%最大調變百分比或77.0025kHz峰值頻率偏移量。從前面提到的Δf = KVCO Am可知，頻率偏移量等於信息信號振幅乘上常數KVCO，故當KVCO固定不變時，MPX信息信號內的所有次信道信號振幅都必須調整，以便得到適當的總頻率偏移量。

圖7:MPX編碼器

圖7：MPX編碼器

圖7是用來產生MPX信號的MPX編碼器原理框圖，其中L(t) 和R(t) 代表左聲道和右聲道的時域波形，RDS(t) 代表RDS/RBDS信號的時域波形。此時可將MPX信息信號表示如下：

其中C0、C1和C2都是增益值，分別用來調整 (L(t) ± R(t)) 信號、19kHz前導信號和RDS副載波信號的振幅，以便產生適當的調變位準。

圖8:MPX解碼器

圖8：MPX解碼器

圖8是MPX解碼器的原理框圖，可從MPX信息信號m(t) 取出左聲道，右聲道和RDS信號。信息信號會送到三個中心頻率為19、38及57kHz的帶通濾波器和一個3dB截止頻率為15kHz的低通濾波器。19kHz帶通濾波器是個高Q值濾波器，能從MPX信息信號取出19kHz前導信號。這個前導信號的頻率會被提高2和3倍，以便產生 (L-R) 和 RDS信號解調所需的本地振盪器 (LO) 信號。接著只要將 (L+R) 和 (L-R) 信號相加與相減，就能得到左聲道與右聲道立體音頻。電路還可將RDS信號與57kHz本地振盪器信號混波降頻，然後將信號送到匹配濾波器取出RDS數據。

總結

從前述分析可看出維持良好立體分離度 (stereo separation) 的困難所在。首先，若將單聲道信號送到解碼器輸入，則由於單聲道信號未包含前導信號、(L-R) 和RDS信號，所以它們都會等於零。此時，解碼器的左聲道和右聲道輸出都是 (L+R) 信號，這等於將單聲道信號復原。其次，在產生MPX信號或還原左聲道和右聲道時，任何增益或相位不匹配都會造成立體隔離度下降，這會讓左聲道包含一些右聲道信息，右聲道也會有些左聲道信息 (這又稱為聲道分離度或串訊)。例如在圖8所示的解碼器里，假設15kHz低通濾波器的增益不匹配程度為1%，那么立體分離度就約為-46dB。這個例子說明若要維持良好的立體分離度，左聲道與右聲道信號路徑的振幅與相位都必須完美匹配，這對利用模擬電路設計的編碼器和解碼器相當困難。